中国氢能及燃料电池产业手册.pdf
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1、目录第一章 氢的特性 1.1 氢的热值 2 1.2 氢的密度 3 1.3 氢的安全性 4 1.4 燃料电池汽车百公里耗氢对比 4 1.5 氢能产业链 5 1.6 术语 7第二章 政策篇 氢能及燃料电池产业发展政策 2.1 国际形势 10 2.2 国家政策 12 2.3 科技部氢能重点专项支持 14 2.4 地方政策 15 第三章 产业篇 氢能及燃料电池产业发展现状 3.1 2019 年氢流图17 3.2 我国氢资源分布 18 3.3 我国氢能及燃料产业规模与分布 19 3.4 全球氢能及燃料产业现状 21 第四章 技经篇 氢能及燃料电池产业技术经济现状 4.1 制氢技术经济性与碳排放 25 4
2、.2 储运氢技术经济性 26 4.3 总体拥有成本(TCO)29 4.4 氢能及燃料电池技术装备现状 29第五章 公共服务篇 氢能及燃料电池相关标准与检测体系 5.1 标准体系 33 5.2 检测体系 36图表目录图表 1 氢与其他能源折算系数(按热值)图表 2 氢的单位转换表图表 3 不同压力下氢气物性表(温度 20)图表 4 氢气与汽油蒸汽、天然气的性质比较图表 5 不同车型氢燃料电池汽车百公里耗氢图表 6 氢能产业链图谱图表 7 氢能产业链代表性企业图表 8 全球发布氢能战略和发展路线图的国家图表 9 政府对氢能及燃料电池的研发预算图表 10 中国氢能及燃料电池研究历程图表 11 “十三
3、五”以来主要氢能政策与重要事件汇编图表 12 “可再生能源与氢能技术”重点专项氢能项目类别图表 13 全国发布氢能政策与规划区域分布图表 14 中国氢源结构与产能分布图表 15 中国氢气生产与消费图表 16 我国氢资源分布图表 17 2015-2019 年我国燃料电池汽车产量图表 18 我国加氢站和燃料电池汽车示范运行情况图表 19 我国已建成加氢站结构图表 20 全球氢源结构图表 21 2015-2019 年全球加氢站数量图表 22 2015-2019 年全球燃料电池出货量图表 23 不同制氢技术经济性与碳排放图表 24 不同制氢技术碳排放图表 25 电解水制氢技术比较图表 26 氢气全口径
4、成本(电解水制氢)图表 27 不同储运氢技术对比图表 28 储氢瓶组类别图表 29 不同终端氢应用 TCO 成本图表 30 氢能及燃料电池技术装备国产化情况图表 31 氢能及燃料电池关键技术指标图表 32 我国氢能技术标准体系图表 33 国内氢能技术标准情况图表 34 国外标准情况01.氢的特性1.1 氢的热值1.2 氢的密度 1.3 氢的安全性1.4 燃料电池汽车百公里耗氢对比 1.5 氢能产业链 1.6 术语 第一章 氢的特性氢(H),在元素周期表中排名第一位,是地球的重要组成元素,也是宇宙中最常见的物质(约占宇宙已知物质总质量的 75%)。氢主要以化合态的形式出现,通常的单质形态是氢气(
5、H2)。氢气可从水、化石燃料等含氢物质中制取,是重要的工业原料和能源载体。氢能是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量,可用于储能、发电、各种交通工具用燃料、家用燃料等。1.1 氢的热值氢热值高(高热值 140.4MJ/kg,低热值 120.0MJ/kg),是同质量焦炭、汽油等化石燃料热值的 2-4 倍。图表 1 氢与其他能源折算系数(按热值)来源:中国氢能联盟研究院01/02图表 2 氢的单位转换表来源:中国氢能联盟研究院,上图每一维度下均有 1 个标准单位,同行其他维度数值即为其对应的折算系数。1.2 氢的密度氢气是世界上已知的密度最小的气体,氢气的密度只有空气的 1/14。在 0 时,一个
6、标准大气压下,氢气的密度为 0.0899kg/m3。图表 3 不同压力下氢气物性表(温度 20)来源:中国氢能联盟研究院1.3 氢的安全性氢气具有燃点低,爆炸区间范围宽和扩散系数大等特点,长期以来被作为危化品管理。氢气扩散系数是汽油的 12 倍,发生泄漏后极易消散,不容易形成可爆炸气雾,爆炸下限浓度远高于汽油和天然气。因此,在开放空间情况下安全可控。氢气在不同形式受限空间中,如隧道、地下停车场的泄漏扩散规律仍有待深入研究。图表 4 氢气与汽油蒸汽、天然气的性质比较来源:中国氢能联盟研究院1.4 燃料电池汽车百公里耗氢对比图表 5 不同车型氢燃料电池汽车百公里耗氢来源:中国氢能联盟研究院03/0
7、41.5 氢能产业链氢能产业链包括制氢、储运氢、加氢与氢的综合应用。图表 6 氢能产业链图谱来源:中国氢能联盟研究院图表 7 氢能产业链代表性企业来源:中国氢能联盟研究院,由于篇幅有限,国内外氢能产业链企业不限于以上所列。05/061.6 术语灰氢(gray hydrogen)使用化石燃料制取氢气,并对释放的二氧化碳不做任何处理。蓝氢(blue hydrogen)使用化石燃料制取氢气,同时对释放的二氧化碳进行捕集和封存。绿氢(green hydrogen)使用可再生能源发电电解或光解制取的氢气。低碳氢(low-carbon hydrogen)制取过程中所产生的二氧化碳排放值低于 14.51 k
8、g CO2e/kgH2的氢气(根据低碳氢、清洁氢和可再生氢的标准与认定团标征求意见稿)。备注:氢气的热量按低热值选取,即 120.0MJ/kg。清洁氢(clean hydrogen)制取过程中所产生的二氧化碳排放值低于4.90 kg CO2e/kgH2的氢气(根据低碳氢、清洁氢和可再生氢的标准与认定团标征求意见稿)。备注:氢气的热量按低热值选取,即 120.0MJ/kg。可再生氢(renewable hydrogen)制取过程中所产生的二氧化碳排放值低于 4.90 kg CO2e/kgH2,且氢气的生产所消耗的能源为可再生能源。备注:可再生能源类型范围见 2010 年 4 月 1 日施行的中华
9、人民共和国可再生能源法。碳中和(carbon-neutral)当一个组织在一年内的二氧化碳排放通过二氧化碳去除技术应用达到平衡,就是碳中和或净零二氧化碳排放。净零排放(net-zero emission)当一个组织的一年内所有温室气体(以二氧化碳当量衡量)排放量与温室气体清除量达到平衡时,就是净零温室气体排放。气候中性(climate-neutral)当一个组织的活动对气候系统没有产生净影响时,就是气候中性(或叫气候中立)。在气候中性的定义中,还必须考虑区域或局部的地球物理效应,例如辐射效应(例如来自飞机凝结轨迹的辐射效应)。总体拥有成本(total cost of ownership,TCO
10、)一个组织资产购进成本及在其整个生命服务周期中发生的成本之和。氢能应用的总体拥有成本通常包括制氢、分销和终端使用设备的成本。氢气全口径成本(hydrogen full-scale cost)包括氢气制取成本、氢气储存和运输成本、氢气加注成本。电解水制氢效率(efficiency of hydrogen production by electrolysis of water)理论上电解水制氢系统运行在额定工况条件下,生产 1 标方氢气需要消耗的能量值与实际消耗能量值之比。燃料电池(fuel cell)将外部供应的燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和其他反应产物的发电装置。质
11、子及交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)以质子交换膜为电解质的燃料电池。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)以固体氧化物为电解质的燃料电池,工作温度通常为 800-1000。有机液体储氢(hydrogen storage in liquid organic hydrides)利用某些不饱和有机化合物(如烯烃、炔烃或芳香烃等)与氢气进行可逆加氢和脱氢反应来实现氢气储存的技术。固态储氢(hydrogen storage in solid)利用固态储氢材料对氢气的物理或化学吸附、解析等反应,将氢气可逆
12、储存于固态储氢材料中。氢气压缩机(hydrogen compressor)对氢气进行压缩的单级或多级压缩机。07/0802.政策篇 氢能及燃料电池产业发展政策2.1 国际形势 2.2 国家政策 2.3 科技部氢能重点专项支持 2.4 地方政策 第二章 政策篇 氢能及燃料电池产业发展政策2.1 国际形势氢能已经成为国际议程的新焦点。占全球GDP的44%的20多个国家中,有 9 个已制定全面的国家氢能战略,另有 11 个国家正在制定国家氢能战略。另有占全球 GDP 的 38%的 14 个国家尽管尚未出台氢能发展战略,但已在支持氢能试点和示范项目,还有 17 个国家的政府和/或利益相关者正在就氢进行
13、首次讨论。图表 8(1)全球发布氢能战略和发展路线图的国家来源:Hydrogen Council,中国氢能联盟研究院09/10图表 8(2)全球发布氢能战略和发展路线图的国家来源:FTI,中国氢能联盟研究院图表 9 政府对氢能及燃料电池的研发预算来源:IEA,上图中 2005-2014 年对中国氢能及燃料电池的预算存在统计纰漏,具体数据可参考图表 10-11。2.2 国家政策中国的氢能与燃料电池研究始于上世纪 50 年代。20 世纪 80 年代以来,相继启动了 863 计划和 973 计划,加速以研究为基础的技术商业化项目,氢能和燃料电池均被纳入其中。“十三五”期间,氢能与燃料电池开始步入快车
14、道。2016年以来相继发布 能源技术革命创新行动计划(20162030年)节能与新能源汽车产业发展规划(2012 2020 年)中国制造2025等顶层规划。2019 年两会期间,氢能首次写入政府工作报告。2020年 4 月,氢能被写入中华人民共和国能源法(征求意见稿)。2020 年9 月 21 日,五部委联合发布关于开展燃料电池汽车示范应用的通知采取“以奖代补”方式,对入围示范的城市群,按照其目标完成情况核定并拨付奖励资金,鼓励并引导氢能及燃料电池技术研发。截止目前政府累计支持氢能及燃料电池研发经费超过 20 亿元。11/12图表 10 中国氢能及燃料电池研究历程来源:中国氢能联盟研究院航空航
15、天工业促进了氢能与燃料电池的研究聚焦质子交换膜燃料电池技术路线,对燃料电池系统与电池材料开展研究 1.863 计划中,同济大学与大连化物所牵头开展燃料电池汽车研究2.清华大学、浙江大学开展研究质子交换膜和储氢技术 国家科技部在武汉理工大学召开的 十三五”氢能与燃料电池技术科学与技术研讨会,着重部署燃料电池开发工作,以及燃料电池汽车及其关键技术的开发 我国燃料电池的研究始于上世纪 50年代中期的中科院大连化学物理研究所1.长春应化所展开质子交换膜燃料电池实验2.中科院大连化学物理研究所、中科院上海硅酸盐研究所、中科院化工冶金研究所和清华大学开始对固体氧化物燃料电池技术进行研究 我国 863、97
16、3 计划,设立开展制氢和储氢及燃料电池组件材料技术研究 建设燃料电池技术创新平台,开始关注甲醇燃料电池的发展,拓宽小型燃料电池应用领域和燃料电池电动汽车示范运营“十二五”计划(2011-2015)“十三五”计划(2016-2020)1.6 亿 5 亿20 世纪 70 年代20 世纪 50 年代“八五”计划(1991-1995)“九五”计划(1996-2000)0.4 亿“十五”计划(2001-2005)12 亿“十一五”计划(2006-2010)3.5 亿0102030405060708图表 11“十三五”以来主要氢能政策与重要事件汇编来源:中国氢能联盟研究院2.3 科技部氢能重点专项支持近三
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